시그살리

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SIGSALY(X 시스템, Project X, Ciphony I, Green Hornet으로도 알려져 있음)는 제2차 세계 대전에서 최고 수준의 연합군 통신에 사용되는 안전한 음성 시스템이었다. 그것은 펄스 코드 변조를 이용한 최초의 음성 전송을 포함한 다수의 디지털 통신 개념을 개척했다.

SIGSALI라는 명칭은 약어가 아니라 약자를 닮은 표지 이름이었다. SIG 부분은 육군신호군단 명칭(예: SIGABA)에서 흔히 볼 수 있었다. 이 프로토타입은 라디오 쇼 The Green Hornet의 이름을 따서 "Green Hornet"이라고 불렸는데, 이는 이 쇼의 주제곡과 비슷한 윙윙거리는 말벌처럼 들렸기 때문이다.

개발

창립 당시 웨스턴 일렉트릭이 개발한 'A-3' 음성 스크램블러를 이용한 장거리 전화 통신이 방송됐다. 독일인들은 네덜란드 해안에 A-3 교통을 차단하고 끊을 수 있는 청취 기지를 가지고 있었다.^[1]

전화 스크램블러는 제2차 세계대전에서 양측이 사용했지만 전반적으로 그다지 안전하지 않은 것으로 알려졌으며, 양쪽 모두 상대방의 스크램블 대화를 종종 중단시켰다. 스펙트럼 분석기를 사용한 오디오 스펙트럼 검사는 종종 앞다퉈 사용하는 기법에 중요한 단서를 제공했다. 대부분의 전화 스크램블러 체계의 불안정은 일회용 패드 원리에 기초하여 보다 안전한 스크램블러의 개발로 이어졌다.

영국 수학자 앨런 튜링의 도움을 받아 A. B. 클라크의 지휘 아래 벨 전화 연구소에서 프로토타입이 개발되어 미 육군에 시연되었다.^[1][2] 육군은 깊은 인상을 받았고 1942년에 벨 랩스에게 두 가지 시스템에 대한 계약을 맺었다. SIGSALY는 1943년에 서비스를 시작했으며 1946년까지 서비스를 유지했다.

작전

SIGSALY는 무작위 노이즈 마스크를 사용하여 보컬로 인코딩된 음성 대화를 암호화했다. 후자는 (음성 트래픽이 많은) 중복의 양을 최소화하는 동시에 암호화할 정보의 양을 줄이는 데 사용되었다.

음성 인코딩은 목의 구성요소가 움직이면서 말이 상당히 느리게 변한다는 사실을 이용했다. 이 시스템은 음성 신호에 대한 정보를 초당 50회(20밀리초마다) 추출한다.^[3]

• 전화 통과 대역을 포함하는 10개의 채널(250Hz – 2,950Hz); 이러한 각 채널에 얼마나 많은 에너지가 있는지 추출하기 위해 수정되고 필터링된다.
• 소리가 유성인지 또는 무성인지 여부를 나타내는 또 다른 신호
• 음성이 울리면 피치를 나타내는 신호; 이것 또한 25Hz 미만으로 변화했다.

다음으로 각 신호는 진폭에 대해 20밀리초마다 한 번씩 샘플링되었다.^[3] 대역 진폭 신호의 경우 진폭이 6개 진폭 레벨 중 하나로 변환되며 값은 0에서 5까지입니다. 진폭 수준은 비선형 척도로, 높은 진폭에서는 수준 사이의 단계가 넓고 낮은 진폭에서는 더 좁았다. "보상" 또는 "압축 팽창"으로 알려진 이 계획은 음성 신호의 충실도가 높은 진폭보다 낮은 진폭에 더 민감하다는 사실을 악용한다. 더 큰 감도를 필요로 하는 피치 신호는 한 쌍의 6-레벨 값(조음 1개, 미세 1개)으로 암호화되어 모두 36레벨을 부여했다.

동일한 6개 레벨의 집합에서 일련의 랜덤 값으로 구성된 암호화 키를 각 샘플링된 음성 진폭 값에서 빼서 전송 전에 암호화했다. 뺄셈은 모듈식 산술인 'wraparound' 패션을 사용하여 수행되었는데, 이는 부정적인 결과가 있을 경우 6에 더하여 긍정적인 결과를 제공한다는 것을 의미한다. 예를 들어 음성 진폭 값이 3이고 랜덤 값이 5인 경우 감산 작업은 다음과 같이 작동한다.

${\displaystyle 3-5\equiv -2,\ -2+6\equiv 4{\pmod {6}\,}$

— 4의 값을 부여한다.

그런 다음 샘플링된 값이 전송되었고, 각 샘플 레벨은 주파수 대역의 6개 해당 주파수 중 하나로 전송되었으며, "주파수 이동 키잉(FSK)"이라고 알려진 체계였다. 수신 SIGSALY는 주파수 값을 읽고 이를 샘플로 변환한 후 다시 키 값을 추가하여 해독했다. 덧셈도 5 이상의 어떤 값에서 6을 빼는 '모둘로' 방식으로 수행되었다. 위의 예와 일치하도록, 수신 SIGSALY의 표본 값이 4이고, 일치하는 임의 값이 5인 경우, 그 추가는 다음과 같다.

${\displaystyle 4+5\equiv 9,\ 9-6\equiv 3{\pmod{6}\,}$

— 3의 정확한 값을 제공한다.

샘플을 음성 파형으로 다시 변환하기 위해, 먼저 12개의 저주파 음성 신호로 되돌렸다. 다음과 같은 음성 변환 프로세스가 채택되었다.

• 백색 소음원(음향 없는 소음에 사용)
• 피치 신호에 의해 제어되는 기본 주파수와 함께 일련의 고조파를 생성하는 신호 발생기(음성 소리에 사용)
• 이 둘 중 하나를 소스로 선택하기 위해 음성/음소음이 없는 신호에 의해 제어되는 스위치
• 밴드 진폭 신호에 의해 게인이 제어되는 증폭기와 함께 동일한 소스(스위치가 선택한 소스)를 입력하는 필터 세트(각 밴드당 하나씩)

암호화 키에 사용되는 소음 값은 원래 대형 수은 증포 정류 진공관에 의해 생성되어 축음기 레코드에 저장되었다. 그리고 나서 그 기록은 복제되었고, 그 기록은 대화의 양 끝에 있는 SIGSALY 시스템에 배포되었다. 이 기록은 SIGSALY "일회 패드"의 역할을 하였고, 배포는 매우 엄격하게 통제되었다(한 장씩만 압수되었다면 한 장씩만 생산되었으므로 별로 중요하지 않았을 것이다). 시험과 설정 목적을 위해, 릴레이로 만들어진 의사 난수 생성 시스템, 일명 "threshing machine"이 사용되었다.

레코드는 턴테이블에서 재생되었지만, 두 SIGSALY 단말기 사이의 타이밍-시계 동기화는 정확해야 했기 때문에, 턴테이블은 결코 평범한 레코드 플레이어가 아니었다. 턴테이블의 회전율을 세심하게 조절하고, 정밀 시간별 시계 기준을 바탕으로 매우 구체적인 시간에 기록을 시작했다. 각각의 레코드는 12분 동안만 키를 제공했기 때문에, 각 SIGSALY는 2개의 턴테이블을 가지고 있었고, 첫 번째 레코드는 "플레이"하는 동안 두 번째 레코드가 "대기"되었다.

사용법

SIGSALY 터미널은 40개의 장비 랙으로 구성된 거대했다. 무게는 50톤이 넘었고, 약 30kW의 전력을 사용했기 때문에 그것을 지탱할 수 있는 냉방 장치가 필요했다. 일반적으로 사용하기에는 너무 크고 번거로워서, 그것은 가장 높은 수준의 음성 통신에만 사용되었다.

십여 개의 SIGSALY 터미널이 결국 전세계에 설치되었다. 프랭클린 루스벨트 미국 대통령이 밤낮으로 언제든 전화할 수 있다는 윈스턴 처칠 영국 총리의 주장을 알고 있었기 때문에 첫 번째는 연장선이 있는 백악관보다는 펜타곤 건물에 설치됐다. 두 번째는 그로스베너 광장 미국대사관과 가까운 런던 옥스퍼드 스트리트 셀프리지 백화점 지하에 가로 60m(200피트) 아래 설치됐다. 첫 번째 회의는 1943년 7월 15일에 열렸으며, 드와이트 D 장군이 모두 사용하였다. 아이젠하워는 샤에프 사령관으로, 처칠은 대사관과 다우닝가 10개, 내각 전쟁실에 증축이 설치되기 전이었다.^[4] 하나는 배 안에 설치되었고 남태평양 전역 동안 더글러스 맥아더 장군의 뒤를 따랐다. 이 시스템은 2차 세계 대전 동안 총 3,000회의 고급 전화 회의를 지원했다.

모든 SIGSALY 기계의 설치와 유지보수는 미국 육군신호대 805신호서비스회사의 특별 구성원이 맡았다. 그 시스템은 번거로웠지만 매우 효과적으로 작동했다. 연합군이 독일을 침공했을 때, 조사팀은 독일이 이 시스템에서 상당한 양의 트래픽을 기록했지만, 그것이 복잡한 전신 부호화 시스템이라고 잘못 결론을 내린 것을 발견했다.^[1]

처칠이 루즈벨트와 대화하는 녹음 파일이 의회 의사당에 전시되어 있다. 기록된 신호의 타이밍은 때때로 수신된 신호와 다르다. 때때로 들을 수 있는 베토벤 녹음에는 구어들이 더해져 있었다.^{[further explanation needed]}

의의

SIGSALY는 다수의 "우선순위"를 인정받았다. 이 목록은 (Bennett, 1983)에서 가져온 것이다.

1. 암호화된 전화의 첫 번째 실현
2. 최초의 정량화된 음성 전송
3. 펄스 코드 변조(PCM)에 의한 첫 번째 음성 전송
4. Companed PCM의 첫 번째 사용
5. 다단계 주파수 이동 키잉(FSK)의 첫 번째 예
6. 음성 대역폭 압축의 첫 번째 유용한 실현
7. FSK-FDM(주파수이동-주파수분할 멀티플렉스)을 퇴색매체에 대한 실용적 전송방법으로 처음 사용
8. 다단계 "눈 패턴"을 처음 사용하여 샘플링 간격 조정(새롭고 중요한 계측 기법)

참고 항목

• 확산 스펙트럼
• STU-III - 보다 최신 음성 암호화 시스템.

추가 읽기

• 제2차 세계대전의 최고 비밀 통신, 미국 육군신호대 도널드 멜이 맡았다. SIGSALY와 SIGTOT의 전체 이야기. 비영리단체인 미 육군신호군단협회에서 구할 수 있는 책.^[5]
• M. D. 파겐 (편집자), 전쟁과 평화에서의 국가 서비스 (1925–1975), 벨 시스템에서의 공학과 과학의 역사 제2권 (벨 전화 연구소, 1978) 페이지 296–317

참조

메모들

외부 링크

• "The SIGSALY Story"
• "디지털 혁명의 시작"
• "1941 '비밀 전화' 미국 특허 3967067 이 시스템에."
• 웨이백 머신에서의 SIGSALY 이미지 및 설명(2007년 1월 27일 보관)
• Ralph Miller는 Bell System의 A 공학과 과학의 역사 제2권에 기록된 다수의 관련 특허를 인정받았다.

• 이 기사 또는 그 이전 버전은 Greg Goebel's Code, Ciphers & Codebreaking의 자료를 포함하고 있다.